ייצור חשמל הידרואלקטרי קטן - מה שהופך אנרגיה נקייה לטובת יותר אנשים

ייצור אנרגיה הידרואלקטרית, כמקור אנרגיה מתחדש, נקי מזיהום ונקי, מוערך זה מכבר על ידי אנשים. כיום, תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות ובינוניות נמצאות בשימוש נרחב וטכנולוגיות אנרגיה מתחדשות בוגרות יחסית ברחבי העולם. לדוגמה, תחנת הכוח ההידרואלקטרית שלושת הערוצים בסין היא תחנת הכוח ההידרואלקטרית הגדולה בעולם. עם זאת, לתחנות כוח הידרואלקטריות גדולות ובינוניות יש השפעות שליליות רבות על הסביבה, כגון סכרים החוסמים את הזרימה החלקה של נהרות טבעיים, חוסמים את פריקת משקעים ושינוי סביבת המערכת האקולוגית; בניית תחנות כוח הידרואלקטריות דורשת גם הצפות נרחבות של קרקעות, מה שמביא למספר רב של מהגרים.
כמקור אנרגיה חדש, לאנרגיה הידרואלקטרית קטנה יש השפעה קטנה בהרבה על הסביבה האקולוגית, ולכן היא מוערכת יותר ויותר על ידי אנשים. תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות, כמו תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות ובינוניות, הן שתיהן תחנות כוח הידרואלקטריות. המונח "אנרגיה הידרואלקטרית קטנה" מתייחס לתחנות כוח הידרואלקטריות או תחנות כוח הידרואלקטריות ומערכות חשמל בעלות כושר הייצור המותקן קטן מאוד, וקיבולתן המותקנת משתנה בהתאם לתנאים הלאומיים של כל מדינה.
בסין, "אנרגיה הידרואלקטרית קטנה" מתייחסת לתחנות כוח הידרואלקטריות ולרשתות חשמל מקומיות תומכות עם קיבולת מותקנת של 25 מגה-וואט או פחות, הממומנות ומופעלות על ידי גופים מקומיים, קולקטיביים או פרטיים. אנרגיה הידרואלקטרית קטנה שייכת לאנרגיה נקייה שאינה מפליטת פחמן, שאינה סובלת מבעיית דלדול משאבים ואינה גורמת לזיהום הסביבה. זהו מרכיב חיוני ביישום אסטרטגיית פיתוח בר-קיימא של סין.

פיתוח אנרגיה מתחדשת כמו אנרגיה הידרואלקטרית קטנה בהתאם לתנאים המקומיים והפיכת משאבי אנרגיה הידרואלקטרית לחשמל איכותי מילאו תפקיד חשוב בהבטחת פיתוח כלכלי וחברתי לאומי, שיפור איכות חייהם של האנשים, פתרון בעיית צריכת החשמל באזורים ללא מחסור בחשמל, קידום ניהול נהרות, שיפור אקולוגי, הגנת הסביבה ופיתוח חברתי-כלכלי מקומי.
לסין יש עתודות שפע של משאבי אנרגיה הידרואלקטרית קטנים, עם עתודה תיאורטית מוערכת של 150 מיליון קילוואט וקיבולת מותקנת פוטנציאלית של מעל 70,000 מגה-וואט לפיתוח. זוהי בחירה בלתי נמנעת לפתח במרץ אנרגיה הידרואלקטרית קטנה כדי לשפר את מבנה האנרגיה בהקשר של הגנה על הסביבה דלת פחמן, שימור אנרגיה והפחתת פליטות, ופיתוח בר-קיימא. על פי תוכנית משרד משאבי המים, עד 2020, סין תבנה 10 מחוזות הידרואלקטריים קטנים עם קיבולת מותקנת של מעל 5 מיליון קילוואט, 100 בסיסי אנרגיה הידרואלקטריים קטנים גדולים עם קיבולת מותקנת של מעל 200,000 קילוואט, ו-300 מחוזות הידרואלקטריים קטנים עם קיבולת מותקנת של מעל 100,000 קילוואט. עד 2023, כפי שתוכנן על ידי משרד משאבי המים, ייצור אנרגיה הידרואלקטרית קטן לא רק ישיג את יעד 2020, אלא גם יתפתח יותר על בסיס זה.
תחנת כוח הידרואלקטרית היא מערכת לייצור חשמל הממירה אנרגיית מים לחשמל באמצעות טורבינת מים, ומערכת גנרטור טורבינת מים היא המכשיר המרכזי להשגת המרת אנרגיה במערכות הידרואלקטריות קטנות. תהליך המרת האנרגיה של מערכת גנרטור הידרואלקטרית מחולק לשני שלבים.
השלב הראשון ממיר את האנרגיה הפוטנציאלית של המים לאנרגיה מכנית של טורבינת המים. לזרימת המים יש אנרגיה פוטנציאלית שונה בגבהים ובשטחים שונים. כאשר זרימת המים ממיקום גבוה יותר פוגעת בטורבינה במיקום נמוך יותר, האנרגיה הפוטנציאלית הנוצרת משינוי מפלס המים מומרת לאנרגיה מכנית של הטורבינה.
בשלב השני, האנרגיה המכנית של טורבינת המים מומרת תחילה לאנרגיה חשמלית, אשר לאחר מכן מועברת לציוד החשמלי דרך קווי ההולכה של רשת החשמל. לאחר השפעתה מזרימת המים, טורבינת המים מניעה את הגנרטור המחובר לקואקסיאלי להסתובב. רוטור הגנרטור המסתובב מניע את שדה העירור המגנטי להסתובב, וסליל הסטטור של הגנרטור חותך את קווי שדה העירור המגנטי כדי לייצר כוח אלקטרו-מניע מושרה. מצד אחד, הוא פולט אנרגיה חשמלית, ומצד שני, הוא מייצר מומנט בלימה אלקטרומגנטי בכיוון הסיבוב ההפוך על הרוטור. זרימת המים פוגעת ברציפות במכשיר טורבינת המים, ומומנט הסיבוב המתקבל על ידי טורבינת המים מזרימת המים מתגבר על מומנט הבלימה האלקטרומגנטי שנוצר ברוטור הגנרטור. כאשר השניים מגיעים לשיווי משקל, יחידת טורבינת המים תפעל במהירות קבועה כדי לייצר חשמל ביציבות ולהשלים את המרת האנרגיה.

סט גנרטור הידרואלקטרי הוא התקן חשוב להמרת אנרגיה הממיר את האנרגיה הפוטנציאלית של מים לאנרגיה חשמלית. הוא מורכב בדרך כלל מטורבינת מים, גנרטור, בקר מהירות, מערכת עירור, מערכת קירור וציוד בקרת תחנת כוח. הקדמה קצרה לסוגי ותפקודי הציוד העיקרי בסט גנרטור הידרואלקטרי טיפוסי היא כדלקמן:
1) טורבינת מים. ישנם שני סוגים נפוצים של טורבינות מים: טורבינת אימפולס וטורבינת ריאקטיבית.
2) גנרטור. רוב הגנרטורים משתמשים בגנרטורים סינכרוניים בעלי עירור חשמלי.
3) מערכת עירור. בשל העובדה שגנרטורים הם בדרך כלל גנרטורים סינכרוניים בעלי עירור חשמלי, יש צורך לשלוט במערכת עירור DC כדי להשיג ויסות מתח, ויסות הספק אקטיבי וריאקטיבי של אנרגיה חשמלית, על מנת לשפר את איכות האנרגיה החשמלית המופקת.
4) התקן לוויסות ובקרת מהירות (כולל ווסת מהירות ומכשיר לחץ שמן). הווסת משמש לוויסות מהירות טורבינת המים, כך שתדירות האנרגיה החשמלית המופקת תעמוד בדרישות אספקת החשמל.
5) מערכת קירור. גנרטורים הידרואלקטריים קטנים משתמשים בעיקר בקירור אוויר, תוך שימוש במערכת אוורור המסייעת לפזר חום ולקרר את פני השטח של הסטטור, הרוטור וליבת הברזל של הגנרטור.
6) התקן בלימה. גנרטורים הידראוליים בעלי קיבולת מדורגת העולה על ערך מסוים מצוידים בהתקני בלימה.
7) ציוד בקרת תחנות כוח. רוב ציוד בקרת תחנות הכוח משתמש בבקרה דיגיטלית ממוחשבת כדי להשיג פונקציות כגון חיבור לרשת, ויסות תדר, ויסות מתח, ויסות גורם הספק, הגנה ותקשורת של ייצור חשמל הידרואלקטרי.

ניתן לחלק אנרגיה הידרואלקטרית קטנה לסוגי הסחה, סוג סכר וסוג היברידי בהתבסס על שיטת גובה הלחץ המרוכז. רוב תחנות הכוח ההידרואלקטריות הקטנות בסין הן תחנות כוח הידרואלקטריות קטנות מסוג הסחה חסכוניות יחסית.
המאפיינים של ייצור חשמל הידרואלקטרי קטן הם קנה מידה קטן של בניית תחנות, הנדסה פשוטה, רכישת ציוד קלה, ושימוש עצמי בעצם, ללא העברת חשמל למקומות מרוחקים מהתחנה; לרשת החשמל ההידרואלקטרית הקטנה יש קיבולת קטנה, וגם כושר ייצור החשמל קטן. לדחיית אנרגיה הידרואלקטרית קטנה יש מאפיינים מקומיים והמוניים חזקים.
כמקור אנרגיה נקי, אנרגיה הידרואלקטרית קטנה תרמה לבניית כפרי אנרגיה סוציאליסטיים חדשים בסין. אנו מאמינים שהשילוב של אנרגיה הידרואלקטרית קטנה וטכנולוגיית אגירת אנרגיה יהפוך את פיתוח האנרגיה הידרואלקטרית הקטנה למושך יותר את העין בעתיד!